三坐標測量儀的測量功能受儀器結構影響外，探頭系統(tǒng)也是極為重要的因素之一。因此為獲得最佳的測量效果而言，需依據(jù)測量工件的種類不同，選擇適當?shù)奶筋^。三坐標測量儀大致上可分接觸式與非接觸式等兩種探頭，接觸式探頭又可區(qū)分成機械式和電氣式兩種，而電氣式又可區(qū)分成觸發(fā)式探頭與掃瞄式探頭之分。接觸式探頭又可區(qū)分成硬式探頭、觸發(fā)式探頭及模擬式探頭等三種。非接觸式又可區(qū)分成中心顯微鏡、中心投影器、影像視訊屏幕和激光等方式。而激光方式又可分激光掃瞄和激光探頭等二種方式。下圖為一待測工件及各式探頭的情形。

待測工件與各式探頭

　　1、機械式探頭
　　機械式探頭的型式種類繁多，包括球形、錐形、圓柱形及萬能形等。球形探頭其探針端擁有一個碳化物材料制成，直徑為2~10 mm的圓球。圓錐形為決定孔的中心位置，或兩孔間中心距離的測量，使用前需注意孔與探頭平行，即工件先作水平調整，然后再進行測量工作。圓柱形探頭因其僅能求得二坐標的坐標值，適用于板金面間尺寸、邊緣、曲面形狀、凹槽直度等均可測量。萬能形探頭為球形探頭的一種，主要因其探頭的指向能被任意改變，以配合待測工件測量方向。其它尚有為特殊用途而采用，如半球狀、碟式等探頭。
　　2、觸發(fā)式探頭 (Touch-Trigger probes)
　　觸發(fā)式探頭無論在任何位置及方向，只要其探針偏離原來的中心位置至某一程度時，立即會產(chǎn)生一個檢測信號，它是由英國Renishaw公司所發(fā)展出來的，已廣泛被世界各主要制造三坐標測量儀的廠商所采用，除了德國Zeiss、德國Leitz和意大利DEA之外。探頭內部的構造，中間有彈簧為調整固定探針的板塊松緊和探針的靈敏度，每隔120°有一組由一支圓銷或二個圓球組成的串聯(lián)電路。當探針觸及工件時，任何一組圓銷和圓球間，在其接觸點有間隙時即形成斷電，此時即發(fā)生觸發(fā)信號，使處理器計數(shù)其三軸的位置再送給計算機。觸發(fā)式探頭若使用于工件不同方向的測量，可用有五個方向的探頭稱的為五星探頭。Renishaw公司也設計的一種探頭，可作兩個軸向的旋轉，以配合工件不同待測方向的應用。角度移動量在A軸每7.5°有一可固定位置共15個位置、在B軸每15°有一個固定位置共24個位置可選擇，以達到測量各種方向的要求。
　　3、掃瞄式探頭
　　三維 (3D) 掃瞄探頭本身是一種小型三坐標測量儀，它是由三個相同的彈性平行四邊形構成，三個軸方向可有±3mm的偏移范圍。每軸都有感應式線性測量系統(tǒng)作為位置測量。三個個別導軌可以各自用精密的機械鎖緊且其測量系統(tǒng)相對機械零點的重現(xiàn)性小于0.1μm。測量力是應用插入式線圈感應產(chǎn)生器所產(chǎn)生轉換至各探頭的固定器上。自動重量平衡機構可作因探頭沖擊而偏位的補償。當電子定位控制在探頭與工件接觸就自動起作用。探測軸上導軌滑行，直到探頭中的感應系統(tǒng)已經(jīng)靜止在其零點位置，此時機械坐標值才會被自動送到計算機。掃瞄式探頭其前端與觸發(fā)式探頭相同，因此它兼具有動態(tài)掃瞄和靜態(tài)觸發(fā)的功能。
　　另一種掃瞄式探頭為日本三豐 (Mitutoyo) 公司所設計是一種接觸式的位移偵測探頭，內有空氣軸承和線性光柵尺，探針位移量的偵測，借著探頭上的線性光柵尺信號被回授至處理器系統(tǒng)而得到。此型探頭可執(zhí)行工件表面連續(xù)且自動化掃瞄的測量工作。此種探頭具有對工件表面形狀連續(xù)追蹤的能力、不需事先規(guī)劃探頭的移動路徑、借著測量力相同的關系，可作曲線表面進行精密的測量工作等優(yōu)點。
　　4、非接觸式探頭
　　非接觸式探頭有中心顯微鏡、中心投影器、影像視訊屏幕和激光掃瞄等方式，可應用在小型零件形狀測量、無法使用機械式探頭測量的柔軟工件等。三坐標測量儀的測軸裝置影像視訊屏幕 (Closed Circuit TV)，提供放大倍率為20倍，只要在影像區(qū)內不需移動工件或探頭立即可測量工件各部位尺寸。激光掃瞄探頭，是一種最進步的測量系統(tǒng)，可借著激光光來進行連續(xù)的非接觸測量動作，同時消除接觸式探頭虛擬點加載(Dummy point entry) 以作為探頭半徑的補正工作。
　　5、探頭自動交換庫
　　英國Renishaw公司所發(fā)展的探頭自動交換庫能安裝八支探頭，可以完全自動更換探頭，以增加測量速度，使三坐標測量儀檢驗系統(tǒng)更彈性化。